Оптимизация входных элементов проточной части малых осевых гидротурбин

Большой охват территорий России, на которых расположены потребители, не подключённые к централизованной энергосистеме, приводит к необходимости использования автономных источников энергии. Чаще всего они построены на базе дизельных электростанций и имеют ряд логистических и эксплуатационных проблем. Эти факторы приводят к высокой стоимости электроэнергии при невысоких показателях экологичности и надёжности оборудования (ВИЭ). Из-за чего всё большее распространение получают возобновляемые источники энергии. Важным преимуществом ВИЭ по сравнению с энергоисточниками на органическом топливе является практическая неисчерпаемость ресурсов, а также повсеместное распространение многих из них.

Существенное место по запасам и масштабам использования занимает энергия потоков воды. Важно отметить, что малая гидроэнергетика является наиболее стабильным энергоисточником среди ВИЭ. Высокая надёжность и эффективность, а также широкие возможности по регулированию энергии потока воды позволяют использовать более простые и дешевые системы генерирования и стабилизации параметров производимой электроэнергии. В итоге, гидроэлектростанции производят более дешевую электроэнергию по сравнению с электростанциями на других ресурсах.

Малые гидротурбины оперируют небольшими гидравлическими мощностями, поэтому повышать эффективность производства электроэнергии, поставляемой конечному потребителю, можно за счёт снижения потерь в проточной части перед рабочим колесом гидротурбины путём изменения её формы. Для этого при разработке микрогидротурбин необходимо создавать максимально обтекаемые конструкции как самих рабочих органов гидротурбины, так и подводящих каналов, а также обтекателя рабочего колеса. Представлены результаты исследования влияния изменения формы последних на величину потерь давления с использованием результатов расчетно-теоретических исследований, на основании которых предложено дальнейшее направление развития этой темы.

1. Васенин А. Б., Мирясов Г. М. Оптимальные законы регулирования возобновляемых энергоисточников на удаленных объектах ТЭК // В сборнике: Актуальные проблемы электроэнергетики. сборник научно-технических статей: посвящается 80-летию со дня рождения проф. С. В. Хватова. Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева, Образовательно-научный институт электроэнергетики 2018: 235 – 240.

2. Дегтярев К. С. Расселение сельского населения как экономико-географический фактор эффективности малой автономной возобновляемой энергетики // Окружающая среда и энерговедение 2019, 4: 28 – 46.

3. Пархоменко О. Ю. Экономика возобновляемой энергетики. Проблемы становления возобновляемой энергетики в РФ // Синергия Наук 2019, 40: 215 – 221.

4. Ершов С. В., Смолин С. О. Перспективные схемы ветро-дизельных установок // Известия Тульского государственного университета. Технические науки 2018, 12: 49 – 54.

5. Зайченко В. М., Чернявский А. А. Перспективные направления развития энергетики России // В сборнике: Экологическая, промышленная и энергетическая безопасность – 2019. Сборник статей по материалам международной научно-практической конференции. Под редакцией Л. И. Лукиной, Н. В. Ляминой 2019: 645 – 655.

6. Пиляева О. В. Возобновляемая энергетика в децентрализованном электроснабжении // Эпоха науки 2020, 23: 30 – 32.

7. https://www.ruselprom.ru/for-industries/gidroenergetika/malye-ges-v-konteynernom-ispolnenii-pod-klyuch/, дата обращения 02.03.2023.

8. http://www.hfm.tugraz.at/en/references/turbine/cfd-calculations-for-a-hydro-power-plant.html, дата обращения 17.05.2023.

9. Tian, Diyang & Zhu, Guojun & Feng, Jianjun & Ge, Zhenguo & Li, Wenfeng & Li, Yunzhe. (2021). Investigation on Runaway Process in Power Generation Device: Tubular Turbine Based on IB-LBM Method. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 661. 012024. DOI: 10.1088/1755-1315/661/1/012024.

10. Zhou, Daqing & Gui, Jia & Deng, Zhiqun & Chen, Huixiang & Yu, Yunyun & YU, An & Yang, Chunxia. (2019). Development of an ultra-low head siphon hydro turbine using computational fluid dynamics. Energy. 181. 43-50. DOI: 10.1016/j.energy.2019.05.060.

11. Chen, Huixiang & Zhou, Daqing & Kan, Kan & Guo, Junxun & Zheng, Yuan & Maxime, Binama & Xu, Zhe & Feng, Jiangang. (2021). Transient characteristics during the co-closing guide vanes and runner blades of a bulb turbine in load rejection process. Renewable Energy. 165. 28-41. DOI: 10.1016/j.renene.2020.11.064.

12. https://michigantoday.umich.edu/2011/01/12/a7925/, дата обращения 02.03.2023.

13. https://newatlas.com/strait-power-hydroelectric-turbine/17801/, дата обращения 02.03.2023.

14. https://www.3ders.org/articles/20180207-shark-inspired-3d-printed-structures-pave-way-for-next-gen-drones-planes-and-windturbines.html, дата обращения 02.03.2023.